基于电磁暂态模拟的电池储能变流器损耗对比分析

2026-06-03 19:35:17

可再生能源发电渗透率的继续提升降低了现代电力体系的惯性，引发了显著的电能质量与供电牢靠性问题[1][2]。经过将储能体系(ES)接入电网可有用缓解这些问题，因其能够经过准确释放或吸收能量来提供电压与频率支撑[1][2]。
在各种储能技能中，电池储能体系（BESSs）因其高功率密度和快速呼应特性而备受关注[3]。传统计划通常选用由串并联模块组成的电池组（以满足额定电压和电流需求），经过双向升压直流-直流变换器与并网逆变器相连[2][4]。最常用的并网逆变器为两电平（2L）或三电平（3L）电压源型换流器（VSC）[1]。但是，为批改此类拓扑结构的固有缺陷（例如...针对长电池串导致的电压分布不均与充放电电流不均衡问题，将电池储能体系（BESS）集成至模块化多电平换流器（MMC）子模块中已被证实为一种可行且功能更优的代替计划[1][2]。该拓扑结构将电池组分分布置于各子模块内，然后可选用较短电池串并实现更准确的荷电状况操控。但是该拓扑仍需在每个子模块中装备DC-DC变换器，这增加了体系复杂度。鉴于影响两类变流器的规划和运行参数很多，其损耗估算是一个复杂问题。在热管理与保护计划规划前进行变流器损耗估算至关重要[5][6][7]。根据现有文献中的损耗对比研讨[5][8]，两电平电压源型变流器(2L VSC)的损耗高于传统模块化多电平变流器(MMC)。但随着电池储能体系(BESSs)的集成，由于额外半导体器材的引进，损耗特性将发生变化。因此，本文旨在评估不同BESS装备下2L VSC与MMC拓扑结构的半导体损耗。
本文研讨了一种装备常规电池储能体系(BESS)的模块化多电平换流器(MMC-BESS)、在每个子模块中嵌入BESS的MMC(MMC-Full-ES)、在部分子模块中嵌入BESS的MMC(MMC-Partial-ES)，以及装备常规BESS的两电平电压源换流器(2L-VSC-BESS)。不管选用何种装备，所有拓扑结构均规划为运送相同功率容量。测试体系在电磁暂态模仿程序(PSCAD/EMTDC)中选用具体或具体等效模型进行建模，并经过根据模仿的损耗计算方法[9]，利用从电磁暂态模仿器取得的电压、电流和开关波形来外部确定其损耗。本文仅关注半导体器材损耗，不讨论变压器或其他无源元件的损耗。研讨要点包括直流-直流变换器频率的影响，以及MMC拓扑中环流抑制操控器(CCSC)对损耗的影响。对拓扑结构相关的半导体损耗进行了全面比较与分析。